射频容性耦合等离子体物理特性的PIC/MCC模拟研究

摘要

在超大规模集成电路的生产工艺中，采用射频容性耦合等离子体刻蚀技术可以实现各向异性的刻蚀过程，因此对射频等离子体的研究引起了科研人员的广泛关注。 本文首先利用PIC/MCC方法考察中性气体为氩气的二维单频容性耦合等离子体的放电过程，并对其进行了数值模拟。文中给出了PIC/MCC模拟的计算流程，对所得到的等离子体密度、电场、电势的分布情况进行了分析，对比了不同电压、频率以及气压下的电子密度和电势分布的差异。结果表明，射频电压、频率以及气压均影响等离子体密度和电势分布。在进一步研究中，比较了不同初始条件对极板上离子能量分布和角度分布的影响。结果表明，当气体压强增大时，带有相对高能量的离子的数目减少，而在低能量段的离子的数目增加；随着射频电压的加大，入射离子的能量分布范围变大，入射的高能离子数增大，离子角度分布变窄；随着射频频率的提高，高能量离子的数目随着低能离子数目的减少而增加，因此能峰降低，高能离子分布明显增大。 在容性耦合放电等离子体刻蚀工艺中，通常在放有基体的极板上施加以13.56兆赫兹的射频偏压，但这种单一频率的放电方法不能解决提高等离子体密度和控制刻蚀速率、刻蚀剖面之间的矛盾，因此近年来在极板上同时施加高频和低频两个射频偏压的双频容性耦合放电的刻蚀工艺越来越受到关注。所以本文最后又模拟了一维双频容性耦合放电过程，对不同低频射频电源电压下的等离子体放电参数和打在极板上的能量分布进行分析。结果表明，低频射频电源控制离子能量分布这一重要参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1低温等离子体刻蚀的研究背景和意义

1.2射频容性耦合等离子体研究现状

1.3离子能量分布和角度分布的研究进展

1.4本文内容简介及结构安排

2 PIC/MCC模拟理论

2.1粒子模拟(PIC)理论

2.1.1粒子模拟的基本思想和要点

2.1.2粒子模拟的技巧

2.1.3笛卡尔坐标系下的一维静电场模型

2.1.4有界等离子体模拟

2.2 MCC模型

2.2.1 MC技术

2.2.2零碰撞法

2.2.3 PIC/MCC计算流程

3二维单频容性耦合放电模拟研究

3.1引言

3.2模型建立

3.3等离子体参数结果与讨论

3.3.1一定外部条件下的放电结果分析

3.3.2不同外部条件下的放电结果分析

3.4能量分布和角度分布结果分析

4一维双频容性耦合放电模拟研究

4.1引言

4.2模型建立

4.3模拟结果分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢